SMD 5050 RGBW LED データシート - 5.0x5.0x1.6mm - 赤 2.6V/緑 3.8V/青 3.8V/白 3.6V - チップあたり0.2W - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、5050フォームファクタの小型表面実装低電力LEDパッケージの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、単一の白色樹脂パッケージ内に4つの個別の半導体チップを統合しています：赤（R）、緑（G）、青（B）、白（W）。このマルチチップ構成により、専用の白色ダイからの純白光やRGB組み合わせからの混合色を含む、広範なスペクトルの色を生成することが可能です。パッケージは8ピンのリードフレームで設計されており、各チップへの個別の電気的アクセスを提供し、独立した制御を可能にします。

このLEDの中核的な利点は、高い発光効率、低消費電力、および広い120度の視野角です。そのコンパクトなSMDフォームファクタは、IRリフローはんだ付けなどの自動組立プロセスに適しています。本製品は、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー要件（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を含む主要な環境および安全基準に準拠しています。

目標とするアプリケーションは多岐にわたり、その色混合能力と一般的な照明特性を活用します。主な用途には、一般的な装飾およびエンターテインメント照明、ステータスインジケータ、スイッチやパネルのバックライトまたはイルミネーション、およびコンパクトな多色光源が必要とされるその他のアプリケーションが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

すべての定格は、はんだ付け点温度（T_Soldering）が25°Cで規定されています。これらの限界を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 逆電圧（V_R）：すべてのチップ（R、G、B、W）で最大5V。これより高い逆電圧を印加すると、接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順電流（I_F）：赤および白チップは200mA定格です。緑および青チップは180mA定格です。これらはDC電流制限です。
• ピーク順電流（I_FP）：デューティサイクル1/10、パルス幅10msのパルス動作用です。赤/白：400mA。緑/青：360mA。
• 電力損失（P_d）：チップあたりの最大許容電力損失。R：520mW、G/B：684mW、W：720mW。これは熱管理にとって重要です。
• 温度範囲：動作：-40°C ～ +85°C。保管：-40°C ～ +100°C。最大接合部温度（T_j）：110°C。
• 熱抵抗（R_{th J-S}）：接合部からはんだ付け点まで。R：60°C/W、G：110°C/W、B：75°C/W、W：75°C/W。値が低いほど、チップから基板への熱伝達が良好であることを示します。
• はんだ付け温度：IRリフロー：ピーク260°C、最大10秒間。手はんだ付け：350°C、最大3秒間。

2.2 電気光学特性

代表的な性能は、特に断りのない限り、T_Soldering=25°C、I_F=100mAで測定されます。

• 光度（I_v）：ミリカンデラ（mcd）で測定。代表値：R：5000 mcd、G：11000 mcd、B：3000 mcd、W：10000 mcd。最小値も規定されています。許容差は±11%です。
• 順電圧（V_F）：100mA時のLED両端の電圧降下。代表値/最大値：R：2.10V/2.60V、G：3.00V/3.80V、B：3.10V/3.80V、W：2.90V/3.60V。許容差は±0.1V。このパラメータはドライバ設計にとって重要です。
• 視野角（2θ_1/2）：120度。これは、光度がピーク強度（軸上）の半分になる全角です。
• 主波長（λ_p）：発光のピーク波長。R：619-629nm、G：520-535nm、B：460-475nm。許容差は±1nm。白色LEDの色は黄色みがかったと記載されています。
• 逆電流（I_R）：すべてのチップで、V_R= -5Vにおける最大リーク電流10µA。

3. ビニングシステムの説明

色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは測定された性能に基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

LEDは、I_F=100mAで測定された光度によってグループ化されます。各ビンにはコード（例：CB、DA、EA）があり、mcd単位の最小/最大光度範囲を定義します。

• 赤（R）：ビン CB（3550-4500 mcd）、DA（4500-5600 mcd）、DB（5600-7100 mcd）。
• 緑（G）：ビン EA（7100-9000 mcd）、EB（9000-11200 mcd）、FA（11200-14000 mcd）。
• 青（B）：ビン BA（1800-2240 mcd）、BB（2240-2800 mcd）、CA（2800-3550 mcd）、CB（3550-4500 mcd）。
• 白（W）：ビン DB（5600-7100 mcd）、EA（7100-9000 mcd）、EB（9000-11200 mcd）、FA（11200-14000 mcd）、FB（14000-18000 mcd）。

3.2 主波長ビニング

LEDはまた、発光のピーク波長によってもビニングされ、色相を制御します。

• 赤（R）：ビン RB（619-624 nm）、RC（624-629 nm）。
• 緑（G）：ビン G7（520-525 nm）、G8（525-530 nm）、G9（530-535 nm）。
• 青（B）：ビン B3（460-465 nm）、B4（465-470 nm）、B5（470-475 nm）。

3.3 色度座標ビニング（白色LED）

白色LEDの場合、色はCIE 1931図上の色度座標（x, y）を使用して正確に定義されます。データシートには、ビンコード（例：A11、A12、A21）と、4組の（x,y）座標で定義される対応する四角形領域の詳細な表が提供されています。これらの座標の許容差は±0.01です。このシステムにより、発光の白色点（例：クールホワイト、ニュートラルホワイト、ウォームホワイト）を厳密に制御することが保証されます。

4. 性能曲線分析

データシートには、異なる動作条件下でのデバイスの挙動を理解するために不可欠な代表的な特性曲線が含まれています。

4.1 分光分布

代表的な分光分布曲線が示されており、相対強度を波長に対してプロットしています。この曲線は、光出力の構成を視覚的に表しています。RGBチップの場合、主波長での狭いピークを示します。白色LED（通常は蛍光体コーティングを施した青色チップ）の場合、曲線は蛍光体の変換光による広いピークと、ポンプLEDからの小さな青色ピークの組み合わせを示します。測光計算のため、標準的な人間の目の応答曲線（V(λ)）も参照されています。

4.2 順電流 vs. 順電圧（I-Vカーブ）

R、G、B、Wチップそれぞれの個別の曲線が、25°Cにおける順電流（I_F）と順電圧（V_F）の関係を示しています。これらの曲線は本質的に指数関数的です。これらは、電流制限回路または定電流ドライバの設計にとって重要です。曲線は、代表的な動作電流100mAにおいて、V_Fが電気的特性表に記載された代表値と一致することを確認しています。

4.3 波長 vs. 順電流

これらの曲線は、各チップの主波長（色）が順電流の増加とともにどのようにシフトするかを示しています。一般に、接合部の加熱やその他の効果により、波長は電流とともにわずかに増加する可能性があります。これは、さまざまな輝度レベルにわたって正確な色安定性を必要とするアプリケーションにとって重要な考慮事項です。

4.4 相対強度 vs. 順電流

これらのプロットは、光出力（G/Wの相対光度、R/Bの相対放射強度）が順電流とともにどのように増加するかを示しています。この関係は、低電流では一般的に線形ですが、熱的および効率ドループにより、高電流では飽和する可能性があります。このデータは、所望の輝度レベルに対する最適な駆動電流を決定するために使用されます。

4.5 最大許容順電流 vs. 温度

このデレーティング曲線は、信頼性にとって最も重要なものの一つです。周囲（またははんだ付け点）温度が上昇するにつれて、最大許容連続順電流をどのように低減しなければならないかを示しています。例えば、85°Cでは、許容電流は25°C定格よりも大幅に低くなります。この曲線を超えて動作すると、最大接合部温度を超えるリスクがあり、光束維持率の加速的な低下や寿命の大幅な短縮を引き起こします。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

このLEDは静電気放電（ESD）に敏感であり、適切な予防措置を講じて取り扱う必要があります。推奨されるはんだ付け方法は以下の通りです：

• IRリフローはんだ付け：これはSMD組立に推奨される方法です。最大ピーク温度は260°Cを超えてはならず、260°Cを超える時間は10秒以内に制限する必要があります。標準的な鉛フリーリフロープロファイルが適しています。
• 手はんだ付け：必要に応じて、はんだごて先端温度が350°Cを超えない範囲で手はんだ付けを行うことができます。リードごとの接触時間は、パッケージやワイヤボンドへの熱損傷を防ぐために3秒以内に制限する必要があります。

はんだ付け中およびはんだ付け後にパッケージに機械的ストレスがかからないように注意する必要があります。保管温度範囲は-40°Cから+100°Cです。

6. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

6.1 代表的なアプリケーション回路

各チップ（R、G、B、W）は、順電圧特性が異なるため、それぞれ独自の電流制限回路を必要とします。単純な直列抵抗よりも定電流ドライバを強く推奨します。これは、特にバッテリーのような可変電圧源から動作させる場合、輝度の一貫性と色安定性を向上させます。RGBカラーミキシングの場合、パルス幅変調（PWM）は強度制御の標準的な方法です。これは、一定の順電圧と電流を維持し、したがって各原色の色度を保持するためです。

6.2 熱管理

効果的な放熱は、性能と寿命にとって重要です。熱抵抗値（R_{th J-S}）は、チップからPCBへの熱の流れやすさを示しています。設計者は、PCBが発生する総熱量（すべてのアクティブチップのI_F* V_Fの合計）を放散するのに十分な銅面積（熱用パッドまたは内層へのビア）を確保する必要があります。適切な冷却なしに最大電流定格付近または定格で動作させると、接合部温度が高くなり、光出力の低下（光束維持率の低下）を引き起こし、LEDの動作寿命を大幅に短縮します。

6.3 光学設計

広い120度の視野角により、このLEDは広く拡散した照明を必要とするアプリケーションに適しています。より指向性のある光が必要な場合は、二次光学（レンズ）が必要になる場合があります。カラーミキシングを設計する際、5050パッケージ内の4つのチップの物理的近接性により、距離がある場合には良好な空間的な色混合が保証されますが、非常に近くで見ると、個々の色の点が識別可能になる可能性があります。

7. 技術比較および差別化

この5050 RGBW LEDは、非常にコンパクトで業界標準の5.0mm x 5.0mmフットプリントに4つの異なる発光体を統合することで差別化されています。4つの別々の単色5050 LEDを使用する場合と比較して、この統合パッケージはPCBスペースを節約し、ピックアンドプレース組立を簡素化します。RGBダイスに加えて専用の白色ダイを含めることで、色混合を必要とせずに高品質な白色光源を提供します。色混合は、時に効率の低下や演色性の問題を引き起こす可能性があります。個別の8ピン構成は、制御の最大限の柔軟性を提供し、各色を独立して、または任意の組み合わせで駆動することができます。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 4つのチップ（RGBW）すべてを、1つの直列抵抗を持つ単一の定電圧源から並列に駆動できますか？

A: 推奨しません。順電圧（V_F）は大きく異なります（例：赤 ~2.1V、青 ~3.1V）。これらを並列に接続すると、深刻な電流不均衡が生じ、赤チップがほとんどの電流を引き、定格を超える可能性があり、他のチップは暗いまままたは点灯しません。各色チャネルには個別の電流制御が必要です。

Q: 定格における光度（mcd）と電力（mW）の違いは何ですか？

A: 光度（カンデラまたはミリカンデラで測定）は、人間の目の感度曲線で重み付けされた、人間の目に見える光の知覚される明るさです。電力損失（ミリワット単位）は、LED接合部で熱に変換される電気的電力（I_F*V_F）です。入力電力の一部は光（放射電力）に変換されますが、データシートは管理しなければならない最大の熱を規定しています。

Q: 白色LEDの色度座標ビンをどのように解釈すればよいですか？

A: 各ビン（例：A11）は、CIEカラーチャート上の小さな四角形の領域を定義します。4組の（x,y）座標は、その領域の角です。測定された色がこの四角形内に収まるLEDには、そのビンコードが割り当てられます。これにより、ロット内のすべてのLEDがほぼ同一の白色点を持つことが保証されます。

Q: なぜピーク順電流（I_FP）は連続電流（I_F）よりも高いのですか？

A: 半導体接合部は、非常に短い時間（この場合は10ms）であれば、より高い電流パルスを処理できます。これは、発生した熱が接合部温度を臨界レベルまで上昇させる時間がないためです。これは、PWM調光や、短く明るいフラッシュを作成するのに役立ちます。

9. 実践的な設計および使用事例

シナリオ: 色変化するムードライトの設計

設計者は、USB給電のデスクトップランプにこのLEDを選択します。彼らは4つのPWMチャネルを持つマイクロコントローラを使用して、R、G、B、Wの電流を独立して制御します。白色LEDは純粋な読書灯モードを提供します。RGB LEDは混合され、環境照明のために数百万の色を作り出します。設計では、チャネルあたり最大200mAを供給できる定電流LEDドライバICを使用します。PCBには、LEDの熱用パッドに複数のビアを介して接続された大きなグランドプレーンが含まれており、放熱板として機能します。ファームウェアは色フェーディングアルゴリズムを実装し、マイクロコントローラの温度センサ（PCB上のLED近くに配置）が70°C以上を読み取った場合に最大駆動電流を低減する熱管理ロジックを含み、LEDが安全な温度デレーティング曲線内で動作することを保証します。

10. 動作原理の紹介

発光は、半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。LEDのp-n接合部に順電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の色（波長）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。赤チップはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）を使用します。緑および青チップは、バンドギャップを調整するために異なるインジウム/ガリウム比を持つInGaN（インジウムガリウム窒化物）を使用します。白色LEDは通常、黄色（または多色）の蛍光体でコーティングされた青色InGaNチップを使用します。チップからの青色光が蛍光体を励起し、蛍光体はより長い波長（黄色、赤）の広いスペクトルを放出し、残りの青色光と組み合わさって白色光を生成します。黄色みがかったという記述は、白色スペクトルの暖色側の相関色温度（CCT）を示唆しています。

11. 技術トレンドと背景

この5050 RGBWのような統合マルチチップパッケージは、LED照明におけるより高い機能密度と簡素化されたシステム設計へのトレンドを表しています。より広い視野角（120度など）への移行は、均一でまぶしさのない照明を必要とするアプリケーションに対応しています。業界では、特に白色成分において、より高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）と改善された演色性への継続的な推進があります。さらに、詳細な色度座標表によって示されるように、より厳しいビニング許容差は、単色および白色LEDアプリケーションの両方における優れた色の一貫性に対する市場の需要を反映しており、これはマルチLED器具やディスプレイにおいて重要です。